Kræfter i forskellige retninger
- Kompressionskraft
- Spænding
- Skærekraft
- Torsionskraft (torsion)
- Bøjning
Newtons principper
For at forstå kræfter og deres indvirkning på menneskets bevægelser er det nyttigt at kende de fysiske love, som Sir Isaac Newton formulerede, og som styrer alle objekters bevægelse.
Inerti: Alt forbliver i samme hastighed og retning, så længe der ikke virker nogen kraft på det. Med andre ord, den kraft, der kræves for at sætte et objekt i bevægelse og for at modvirke eller stoppe et objekt, der allerede er i bevægelse. Et legemes inerti er proportional med dets masse. Hvis du for eksempel løfter vægte, kræver en tungere vægt mere kraft både for at sætte den i bevægelse og for at bremse eller stoppe dens bevægelse end en lettere vægt.
Acceleration og momentum; F=ma Kraft afhænger af masse og acceleration. Denne lov siger, at den kraft (F), der virker på et legeme, der bevæger sig i en given retning, er lig med legemets masse (m) ganget med legemets acceleration (a): F = ma.
Heraf kan vi se, at et legemes acceleration er proportional med størrelsen af den påførte kraft: a = F / m. Legemets acceleration afhænger altså af, hvor hårdt du skubber det, divideret med dets masse. Jo hårdere du skubber eller trækker noget, jo hurtigere vil det accelerere i kraftens retning. Den anden lov refererer også til et legemes hastighed. Lineær eller momentum er den bevægelsesmængde, som et bevægeligt legeme har, og er lig med dets masse gange dets hastighed. Det betyder, at et legemes momentum kan øges ved at øge dets masse eller øge dets hastighed. Så når man løfter en vægt på 10 kg og derefter en vægt på 20 kg med samme hastighed, vil vægten på 20 kg have større momentum. At løfte en vægt på 10 kg med høj hastighed kræver mere kraft end at løfte den samme vægt med lavere hastighed, selvom modstanden er den samme. Jo mere momentum øges, jo mere kraft kræves der også for at stoppe eller ændre retning. Momentum kan være en positiv kraft, når man dyrker sport som fodbold, hvor spillerne konkurrerer på banen og håber, at deres modstandere ikke kan matche deres hastighed. I progressiv fitnesstræning skal din egen krop imidlertid være i stand til at stoppe den hastighed, du skaber. Overdreven hastighed kan forårsage skader, især når du arbejder med vægte; styrketræning bør udføres ved hastigheder, der er under fuldstændig muskelkontrol. Med andre ord, hvis du "snyder" ved at indlede en bevægelse med hastighed fra en anden kropsdel end den, du fokuserer på, kan drivkraften i den bevægelige nakke/hoved være større end musklernes evne til at bremse og stoppe den.
Handling-reaktion-princippet: Alle kræfter, der virker på et objekt i hvile, modvirkes af en lige så stor og modsat kraft. For hver handling er der således en lige så stor og modsat reaktion. Denne lov gælder for kræfter, som kroppen skal absorbere under aktiviteter såsom løb, spring og aerobic med høj intensitet. Overbelastning og stressskader kan opstå, når kroppen ikke er i stand til at modstå stød- og reaktionskræfter. Stødet på fødder og krop øges hurtigt, især hos større personer eller under aktiviteter med høj acceleration. Landingskraften er kroppens masse (m) gange dens øgede acceleration (a). Kroppen udøver en kraft (m × a) på jorden, og jorden udøver en tilsvarende reaktionskraft på kroppen, som skal spredes gennem dens stødabsorberende strukturer. Skader opstår ofte, når kroppen er forkert justeret, så kræfterne ikke fordeles jævnt eller koncentreres i væv, der ikke er designet til at absorbere så stærke kræfter. Dette forklarer yderligere, hvorfor overbelastnings- og stressskader også kan opstå ved vægttræning, hvor høj hastighed er en faktor: Kraften i væv, der er involveret i at stoppe bevægelsen, skal svare til vægtens masse og kropsdelens masse ganget med vægtens og kropsdelens acceleration.
Eksempler på løftestangsprincippet i kroppen
X = Rotationsaxis
F (Bicepsforkortelse) = Drivkraft force
R (Vægt i hånden) = Modstandsforce
Fa (Bicepsstyrke × længde mellem bicepsfastgørelse og rotationsakse) = Drivkraftarm arm
Ra (Vægt × afstand fra rotationsakse) = Modstandsarm
Når en kraft virker på en løftestang i en vis afstand fra rotationsaksen, resulterer det i en vridende effekt. Denne vridning kaldes drejningsmoment. Størrelsen af det drivende drejningsmoment findes ved at multiplicere kraftens størrelse med længden af løftearmen (den vinkelrette afstand fra rotationsaksen). Derfor er F × Fa drejningsmomentet for den drivende kraft (biceps), og R × Ra er drejningsmomentet for modstanden. Rotationen sker i den retning, der har det største drejningsmoment.
Eksempel på beregning af drivmoment
En klient, der holder en vægt i hånden, bliver bedt om at holde den stabilt i en 90-graders vinkel i albueleddet. Kraften fra vægten og armsegmentet anses for at være 10 kg. Albuefleksorerne anses for at virke i en vinkelret afstand på 5 cm fra albueleddet. Længden af vægtarmen (vægt + armsegment) er 38 cm. Hvad er drejningsmomentet for albuefleksorerne i et afbalanceret system?
For at beregne drejningsmomentet for albuefleksorerne skal du bruge følgende ligning:
R × Ra = F × Fa
10 kg × 38 cm = 380 kg-cm
I et afbalanceret system ville modstandens drejningsmoment og albuefleksorernes drejningsmoment være lig med 380 kg-cm.
For at besvare spørgsmålet om, hvor stor en kraft der skal genereres for at holde vægten på 10 kg stabil, skal du løse for F:
Rx × Ra = F × Fa
10 kg × 38 cm = F × 5 cm
380 kg-cm = F × 5 cm
380 kg-cm / 5 cm = F
F = 76 kg
R = Modstand, Ra = modstandsarm, F = drivkraft; Fa = kraftarm
Muskelkraftproduktion
Længde-spændingsrelationship
Fig. 1 Længde-spændingsforhold . Hvordan musklen genererer kraft afhængigt af dens aktuelle længde.
Forholdet mellem muskellængde og spænding
Muskelens længde-spændingsforhold er forholdet mellem fiberens længde og den kraft, som fiberen producerer ved den længde. Denne længde refererer til længden af en isoleret fiber og afhænger af placeringen af aktin- og myosinfilamenterne i sarkomererne, som vist på billedet ovenfor.
Effekt-hastighedskurve
Fig. 2 Kraft-hastighedsforhold . Hvordan musklen genererer kraft i forhold til sammentrækningshastighed og sammentrækningstype.
Den ovenfor viste kraft-hastighedskurve illustrerer adfærden hos isolerede muskelfibre. Mens de fleste mennesker antager, at dette forhold er det samme i muskel-/sensoriske segmenter i hele kroppen, er det faktisk meget mere kompliceret end som så. For eksempel er der beviser for, at i visse bevægelser, hvor musklens samlede længde øges (hvilket ser ud som en excentrisk sammentrækning), sammentrækkes muskelfibrene faktisk koncentrisk (forkortes), og forskellen udgøres af udvidelsen af de ikke-sammentrækkelige dele af musklen (sene og bindevæv). Da kraftproduktionen i høj grad påvirkes af disse strukturer, er virkeligheden mere kompleks end det klassiske forhold mellem kraft og hastighed.
Muskler og kraftproduktion
Antallet og størrelsen af muskelfibre, fibrenes type og form samt neurologisk træning og rekruttering er alle faktorer, der påvirker en muskels evne til at generere kraft. Der findes flere typer muskelarrangementer, herunder penniforme (unipennate, bipennate, multipennate) og langsgående (fusiforme) muskler. Penniforme muskler er designet til at generere større kraft end langsgående muskler. De fleste muskler i kroppen er penniforme, med fibre, der ligger skråt i forhold til trækkraften, som normalt betragtes som en lige linje mellem musklens to fastgørelsespunkter.
Peniforme muskler gør det muligt at pakke et større antal fibre ind i et givet tværsnitsareal, hvilket betyder, at flere fibre kan bidrage til kraftproduktionen. Quadriceps er et eksempel på en peniform muskel, der kan producere betydelige mængder kraft, og dens fastgørelsespunkter er relativt langt fra de bevægelige led.
Langsgående muskler er lange og smalle med parallelle fibre, der løber i samme retning som musklen. Denne type opbygning muliggør hurtige sammentrækninger, men fordi tværsnittet er lille, er sammentrækningskraften begrænset. Sartorius og Rectus Abdominis er eksempler på langsgående muskler.
Anatomiske, fysiologiske og biomekaniske faktorer er vigtige for at bestemme den passende modstand for en klient og ved udformningen af træningsprogrammer. Muskelstrukturen giver en masse information om musklens primære funktion og hvordan den bør trænes.